Miniaturyzacja w robotyce polega na zmniejszaniu rozmiarów robotów i ich komponentów przy jednoczesnym zwiększaniu ich mocy. Chodzi o umieszczenie czujników, komputerów, systemów zarządzania energią i siłowników w mniejszych rozmiarach, bez poświęcania precyzji i niezawodności.
Te nowe maszyny mogą wykonywać zadania w miejscach zbyt małych, aby większe maszyny lub ludzie mogli do nich dotrzeć, co czyni je optymalnymi dla fabryk, szpitali i kopalni.
Zalety kompaktowych systemów robotycznych
Przejście w stronę miniaturyzacji niesie ze sobą znaczne korzyści, dlatego jest ona rozwijana i wykorzystywana w wielu dziedzinach nauki i przemysłu.
Zwiększona szybkość i dokładność
Mniejsze elementy są naturalnie lżejsze. Ta zmniejszona masa pozwala na znacznie szybsze przyspieszanie i zwalnianie.
Kiedy luzy, elastyczność i luz są minimalizowane w mniejszych skalach, wzrasta precyzja. W przypadku mikro-montażu lub kontroli oznacza to dokładniejsze śledzenie ścieżki, krótsze cykle i mniejsze przeregulowania.
Większa wydajność i niższe koszty
Mniejsze pakiety zazwyczaj pobierają mniej energii i zużywają mniej materiałów, co zmniejsza koszty produkcji i koszty operacyjne. Firmy chcące skalować automatyzację postrzegają roboty kompaktowe jako niedrogie i zrównoważone rozwiązanie, które może zaoszczędzić cenną powierzchnię w fabrykach, laboratoriach, magazynach i innych obiektach.
Większa dostępność i mobilność
Kompaktowe roboty mogą dotrzeć tam, gdzie większe maszyny nie są w stanie. Drony inspekcyjne w klatkach bez problemu przeciskają się przez kanały, zbiorniki i naczynia.
Laboratoria i działy transportu wykorzystują-chronione klatkami statki powietrzne bez załogi (UAV) do obrazowania mostów i{1}}przestrzeni zamkniętych, gdzie GPS nie jest dostępny, a wejście ludzi byłoby powolne lub niebezpieczne. Miniaturowe roboty naziemne i roboty-rzucające w podobny sposób przeszukują ciasne wnętrza, zanim ludzie za nimi podążą.
Technologia stojąca za miniaturyzacją w robotyce
To przejście w kierunku mniejszych robotów opiera się na dziesięcioleciach postępu w inżynierii w mikro-skali. Kluczowe komponenty elektroniczne umożliwiły powstanie dzisiejszych kompaktowych robotów.
Postępy w MEMS
Dzięki mikro-elektro-systemom mechanicznym (MEMS) wykrywanie i uruchamianie chipów-stało się rutyną. Integrują drobne elementy mechaniczne, czujniki i elektronikę w jednym krzemowym chipie, działając jako „oczy i uszy” małych robotów.
Ponieważ są małe i{0}}energooszczędne, MEMS nadają się do systemów autonomicznych. Programy uniwersyteckie przedstawiają, w jaki sposób MEMS obejmują obecnie wykrywanie bezwładnościowe, monitorowanie środowiska, mikroprzepływy, a nawet sterowanie światłem -, a wszystko to przy rozmiarach i kosztach mieszczących się w miniaturowych botach.
Rola mikrokontrolera
Systemem sterowania jest mózg, a w miniaturowych robotach jest to mikrokontroler. Mikrokontroler to kompletny system obliczeniowy w pojedynczym układzie scalonym, który zawiera procesor, pamięć i urządzenia peryferyjne wejścia/wyjścia. Może działać jako pojedyncza jednostka do przetwarzania-sygnałów w czasie rzeczywistym, co jest niezbędne przy zadaniach takich jak utrzymywanie równowagi czy pokonywanie przeszkód.
Koncepcja ta rozciąga się na robotykę miękką. Miękkie struktury dopasowują się do powierzchni, rozkładając naprężenia na większej objętości i skutecznie redukując siłę uderzenia. Takie strategie są atrakcyjne w przypadku projektowania i konstruowania systemów obsługujących szereg delikatnych lub nieregularnych obiektów lub działających wokół ludzi. Celem jest stworzenie robotów inspirowanych biologią, które umożliwiają adaptacyjne i elastyczne interakcje z nieprzewidywalnymi środowiskami.
Aplikacje do miniaturyzacji-rzeczywistego świata
Nadeszły ekscytujące czasy i kilka firm przoduje, oferując własne wersje potężnych, kompaktowych robotów. Oto kilka przykładów.
Zastosowania medyczne i opieka zdrowotna
Roboty chirurgiczne firmy Medtronic
Firma Medtronic opracowuje platformy-chirurgii wspomaganej robotami i od czasu przejęcia firmy Mazor Robotics skupiła się na systemach do zabiegów kręgosłupa i mózgu. Poczyniono postępy w zakresie miękkich, sterowalnych i-zmieniających kształt cewników i instrumentów do leczenia kardiologicznego i wewnątrznaczyniowego.
Celem firmy jest opracowanie zautomatyzowanych cewników, które mogą zmieniać kształt pod kontrolą obrazowania, aby poruszać się po środowiskach bijącego-serca.
Intuicyjny system da Vinci firmy Surgical
System chirurgiczny da Vinci charakteryzuje się mocą miniaturyzacji w innej skali. Chociaż sam robot Intuitive Surgical jest duży, jego instrumenty są maleńkie. Te małe narzędzia umożliwiają chirurgom łatwe wykonywanie skomplikowanych, minimalnie inwazyjnych zabiegów, co skutkuje mniejszymi urazami i szybszym powrotem pacjenta do zdrowia.
Przemysłowe i produkcyjne
Akademicki Meca500
Firma Mecademic stwierdziła, że jej Meca500 to jedno z najmniejszych i najbardziej precyzyjnych sześcioosiowych-ram robotów przemysłowych na świecie do testowania i kontroli mikro-zespołów.
Laboratorium MIT Lincoln zademonstrowało głowicę do rozpylania mikroplazmy zamontowaną na Meca500 w celu drukowania materiałów elektronicznych, co ilustruje, jak małe ramiona umożliwiają przebieg pracy-na stole laboratoryjnym. Szpitale i centra obrazowania również wdrażają jednostki Meca500 do zautomatyzowanej obsługi próbek.